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4 高分子
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
韩高荣教授 博导, hgr@zju.edu.cn
徐刚博士 副教授, msegxu@zju.edu.cn
浙江大学材料系无机非金属材料研究所
高分子材料
高分子材料又称为高分子聚合物(简称高聚物),是
以高分子化合物为主要组分的有机材料。高分子
材料按其性能和使用特点,一般分为三类,塑料、
橡胶和合成纤维
2
橡胶和合成纤维。
高分子材料是发展最快的一类
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
材料,到上世
纪70年代高分子材料的体积产量已赶上钢铁产量。
高分子材料
4.1 高分子材料的结构与性能
4.2 塑料
3
4.3 橡胶
4.4 合成纤维
4.1 高分子材料的结构与性能
一、高分子化合物的组成、结构及性能
二、高分子材料的聚集态及其对性能的影响
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三、高聚物的物理状态
四、高分子材料的性能
一、高分子化合物的组成、结构及性能
1)什么是高分子化合物?
Z高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物,其相对分子质量一
般在5000以上,有的甚至高达几百万。
Z高分子化合物一般都是由一种或几种较为简单的低分子化合物聚合
而成的,又称为高分子聚合物,简称为高聚物。相应的低分子化合
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高分子聚 简 高聚 低分子
物称为该聚合物的单体。
官能度,是指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置
数目。
Z具有三个键合位置的单体在相互连接时可形成三维网络结构,它称
为三官能的。
Z若单体只具有一个活性键,称它为单官能的。与其它单体连接时,
可作为链聚合的终止剂
2)高分子化合物大分子链、链节及聚合度
Z聚合物分子为共价键结合重复链接的大分子链结构。其分子链中
重复排列的的结构单元称为链节;链节重复排列的次数称为聚合
度。高聚物的聚合度越大,分子量越大;
Z高分子化合物是由许多链节相同但长度不同的分子组成的混合物,
因此,高聚物的分子量具有多分散性。通常高聚物的分子量和聚
合度均为平均值
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合度均为平均值。
Z分子量小于500的称为低分子化合物;分子量大于5000的称为高
分子化合物;分子量界于500~5000的化合物是否是高分子化合
物,这要由它是否显示出高分子化合物的特性来判定。
Z高聚物的平均分子量和分子量的分布对其物理性能和力学性能有
很大影响。
2
高聚物的分子量大小
对其物理和力学性能的影响
平均分子量越大,聚合物分子间的结合力也越大,
强度和硬度也越高;
分子量太大的高聚物其熔融黏度大,流动性差,
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分子量太大的高聚物其熔融黏度大,流动性差,
给成型加工带来困难;
平均分子量相同,分子量分布范围增加时,高聚
物的熔融温度范围变宽,这有利于成型加工。分
子量分布集中的高聚物反之,但其制品具有某些
较好的性能,如抗裂性好。
3)高分子化合物大分子链的组成
Z组成大分子链的化学元素,主要是碳、氢、氧,另外
还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素,其中碳是形成
大分子链的主要元素。
Z大分子链根据组成元素不同可分为三类,即碳链大分
子、杂链大分子和元素链大分子。其中
碳链大分子的主链全部由碳原子以共价链相连接
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碳链大分子的主链全部由碳原子以共价链相连接,
即-C-C-C-。
大分子主链除有碳原子外,还有氧、氮、硫、磷等
原子,它们以共价链相连接,称为杂链大分子。
当大分子主链不含碳原子,而是由硅、氧、硼、硫、
磷等元素组成,称为元素链大分子。
4)大分子链的几何形态
Z大分子链呈现不同的几何形状,主要有线型、支化型和体型
(或网型)等三类
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(或网型)等三类。
Z线型分子链 各链节以共价链连接成线型长链分子,其直径小
于1纳米,而长度可达几百甚至几千纳米,像一根长线,呈卷
曲状或线团状。
Z支化型分子链 在主链的两侧以共价链连接相当数量的长短不
一的支链, 其形状有树枝形、梳形、线团形。
Z体型(网型或交联型) 分子链在线型或支化型分子链之间, 沿横
向通过链节以共价键连接起来, 形成的三维(空间)网状大分子。
线型结构的性质:
Z 1)分子呈长而细的结构,通常卷曲成不规则的线团壮,表现
出良好的弹性;
Z 2)可熔融和溶解。加热可软化或熔化,易于加工成型,被称
为热塑性高聚物;
Z 3)支链的存在使得线形高聚物的性能钝化,如,熔点升高,
粘度增加。
体型结构的性质
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体型结构的性质
Z体型结构大分子,链与链之间彼此交联,链段活动困难。因
此,强度和硬度高,塑性和弹性低,甚至失去弹性和塑性,
出现脆性;
Z不溶于有机溶剂,加热时不能熔化。具有良好的耐热性和尺
寸稳定性;
Z固化后不可逆转,不可重复使用,故称为热固性高聚物。
5)大分子链的构象及柔性
聚合物大分子链也在不停地运动,
这种运动是由单键内旋转引起的。这
种由于单链内旋转所产生的大分子链
的空间形象称为大分子链的构象。正
是这种极高频率的单键内旋转随时改
变着大分子链的构象,使线型大分子
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链在空间很容易呈卷曲状或线团状。
在拉力作用下,呈卷曲状或线团状的
线型大分子链可以伸展拉直,外力去
除后,又缩回到原来的卷曲状和线团
状。这种能拉伸、回缩的性能称为分
子链的柔性,这是聚合物具有弹性的
原因。
碳链大分子链的内旋转
二、高分子材料的聚集态及其对性能的影响
高分子材料的聚集状态有三
种:
Z晶态:分子链在空间规则排列。
Z部分晶态:分子链在空间部分
规则排列。
通常线型聚合物在一定条件下可
以形成晶态或部分晶态,而体型
聚合物为非晶态(或玻璃态)。获得
完全晶态的聚合物很困难,大多
数聚合物都是部分晶态或完全非
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Z非晶态:分子链在空间无规则
排列,亦称玻璃态。
晶态。
3
高聚物的结晶度对其性能的影响
高聚物的结晶度越高,则分子的排列越紧密,分子间的作用力越强。因
此,强度、硬度、刚度、密度、熔点、耐热性、抗溶剂性、抗透气性有
所提高,而弹性、韧性、塑性等与大分子链运动有关的性能降低。
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三、高聚物的物理状态
线型无定型高聚物的物理状态
Z线型非晶态高聚物存在两种运动单元:
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一种是链段的运动,链段是大分子链中能够独立运动的最小单元,
是由几个、几十个,甚至是几百个链节组成的运动单元;
另一种是整个大分子链的运动。
Z线型无定型高聚物在不同的温度下表现出三种物理状态:
玻璃态;玻璃态是塑料的应用状态。
高弹态;高弹态是橡胶的应用状态。
黏流态;黏流态是高聚物成型的工艺状态。
玻璃态
在较低的温度范围(Tb~Tg)内,线型高聚物处于玻璃态。
Z处于玻璃态的高聚物,整个大分子链和链段无法运动,只有原子在
其平衡位置振动,整个高聚物表现为非晶相的固态。
Tb为脆化温度 低于此温度 在外力作用下 大分子链易于断裂
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Z Tb为脆化温度。低于此温度,在外力作用下,大分子链易于断裂,
高聚物变脆,柔性消失,失去使用价值。
Z Tg为玻璃态与高弹态之间的转变温度,称为玻璃转变温度。本质上
Tg是高聚物链段能开始运动的最低温度。
玻璃态是塑料的应用状态。塑料的Tg均高于室温,而且对塑料而言,Tg
越高越好。
处于玻璃态的高聚物具有较好的力学性能,其强度、硬度、刚度较高,
而且硬而不脆,可以采用切削加工。
高弹态
当温度升高到Tg~Tf范围内时,线型高聚物由玻璃态转变
为高弹态。
Z处于高弹态的线型高聚物,整个大分子之间还不能产生相对运动,
但链段发生运动,高聚物的变形量可达100~1000%。外力除去后,
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但链段发生运动,高聚物的变形量可达 00 000%。外力除去后,
经过一定的时间可以恢复原状,但不是瞬间恢复,使高聚物表现出
极大的弹性变形量。
Z该温度范围的上限Tf是整个大分子链能开始运动的温度,称为黏流
温度。
高弹态是橡胶的应用状态。橡胶的Tg均低于室温。
常温下高弹态橡胶不易加工,如果要加工橡胶密封圈,必
须将起冷冻到Tg以下,硬化呈玻璃态后加工。
黏流态
当温度升高到(Tf~Td)范围时,高聚物处于黏流态。
Z处于黏流态的高聚物,不仅链段的热运动加剧,而且大分子链之间
在外力的作用下极易发生相对滑动 产生很大的不可逆的流动变形
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在外力的作用下极易发生相对滑动,产生很大的不可逆的流动变形,
即黏性流动变形。
Z Td是大分子链的热分解温度。
室温下处于黏流态的高聚物称为流动树脂,可作为黏合剂、
涂料等。
黏流态是高聚物成形的工艺状态。将高聚物加热到黏流态后,
可通过挤压、模铸等方法加工成各种形状的零件。
四、高分子材料的性能
强度、刚度、塑性和韧性
Z由于高分子链之间是分子力或氢键结合的,其结合强度远
比金属键或共价键的结合强度低,因此,塑料的强度、刚
度和韧性比较低 而塑性较好
力学性能
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度和韧性比较低,而塑性较好;
Z如,塑料的抗拉强度δb约为30~100MPa,弹性模量E仅
为金属材料的1/1000;
Z但由于密度小,塑料的比强度和比刚度比金属材料高。
减磨性、耐磨性
Z高聚物的硬度虽然低于金属材料,但由于具有自润滑性能,
多数塑料的耐磨性能远优于金属材料。
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高弹性
Z处于高弹态的高分子材料,例如橡胶,与金属材料相比,
其弹性变形量大,可达100~1000%,而一般金属只有
0.1%~1%;
Z高聚物的高弹性和金属材料的普弹性在本质上是不同的,
高聚物的高弹性决定于大分子可运动的链段数量和链段
运动的难易
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运动的难易。
Z但大分子的可运动链段的活动性能越好,数量越多,越
容易使大分子链间产生滑动,引起塑性变形。为了防止
分子链间的滑动,通常采用分子链间的适度交连,使交
联点的密度保证链段有足够的活动性,以保证高弹性,
同时防止高聚物过早地发生塑性变形。
蠕变和应力松弛
Z蠕变是指材料在恒温下受到恒定的载荷时,除了开始形
成的瞬时形变外,还会随着时间的延长,塑性变形逐渐
增加的现象。
金属蠕变是在高温下发生的力学行为,而高聚物的蠕变在室温下
即可发生。
在恒定的时间和载荷下 随着温度的升高 高分子材料的应变明
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在恒定的时间和载荷下,随着温度的升高,高分子材料的应变明
显加剧,即其蠕变抗力急剧下降。
Z材料受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象
称为应力松弛。
高分子材料的应力松弛比其它材料严重,在室温下就会发生;
如拧紧的塑料螺母时间长了会松动,橡胶圈密封时间长了会发生
渗漏现象等就是应力松弛引起的。
物理性能
高绝缘性
Z高分子材料是共价键结合的,具有良好的热、电、声的绝缘性能。
良好的吸振性能
Z高分子材料受交变力作用时,引起分子间内摩擦,产生内耗,吸
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收振动能,从而达到减振的作用。
高膨胀性能
Z高分子化合物的线膨胀系数一般很大,是金属材料的3~10倍。
低耐热性能
Z高分子材料的耐热性低,一般使用温度不高于100oC。
化学性能
耐腐蚀
Z高分子化合物的耐腐蚀性较好,如一般塑料具有良好的
化学稳定性 耐酸 碱 大气等介质的的腐蚀
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化学稳定性,耐酸、碱、大气等介质的的腐蚀。
易老化
Z长期使用或存放均会产生老化失去使用价值。如塑料褪
色、开裂,橡胶变脆、龟裂、发黏等均是老化所致。
4.2 塑料
一、塑料的组成
二、塑料的分类
三、塑料的性能
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三、塑料的性能
四、塑料的常用的成型方法
五、塑料的二次加工
六、常用塑料简介
一、塑料的组成
塑料是以高聚物树脂为主要原料,再加入用于改善性能
的添加剂而制成的高分子材料,它通常可在加热、加压
条件下塑制成型,故称为塑料。
树脂
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树脂
Z树脂是由低分子化合物经聚合反应所获得的高分子化合物,有热
塑性和热固性两类。
Z树脂是塑料的主要成分,在塑料中的含量一般在30~100%,在
塑料中起着粘结其它组分的作用,并决定塑料的基本性能。
Z绝大部分塑料是以树脂的名称来命名的,如酚醛塑料的主要成分
是酚醛树脂。
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添加剂
Z填料
填料的作用一是增加和调整塑料的性能,以扩大其使用范围,二是
减少树脂的用量,以降低使用成本。
如,加入铝粉,可提高对光的反射能力及防老化。
Z增塑剂
是用来提高树脂的可塑性和柔软性的添加剂,以满足塑料的成型和
使用
要求
对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗
。
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使用要求。
常用的增塑剂是分子量较小,但又熔点高不易挥发的固相或液相有
机物,
如,甲酸酯类,磷酸酯类,和氯化石蜡等
Z稳定剂
稳定剂的作用是防止塑料老化。
常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。
如在聚乙烯中加入硬脂酸盐,可防止热成型时的热分解;在塑料中
加入碳黑作紫外线吸收剂,可防止塑料因紫外线照射而性能变坏。
Z润滑剂
润滑剂能防止塑料成型过程中产生黏模,便于脱模,
保证制品表面光洁。
常用润滑剂有硬脂酸及其盐类。
Z固化剂
固化剂的作用是通过交联使树脂具有体型网状结构,
成为坚硬和稳定的塑料制品
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成为坚硬和稳定的塑料制品。
常用的固化剂有胺类和酸类及过氧化物等化合物,如,
环氧树脂中加入乙二胺。
Z其它
着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂等等。
二、塑料的分类
常用的塑料分类方法有下述两种:
Z1)按树脂的性质分类——根据树脂在加热和
冷却时所表现的性质,可分为
热塑性塑料
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热塑性塑料
热固性塑料
Z2)按照应用范围分类
通用塑料
工程塑料
耐热塑料
热塑性塑料
热塑性塑料加热时软化并熔融,可塑造成形,冷却
后即成型并保持既得形状,而且该过程可反复进行。
构成热塑性塑料的树脂高分子一般具有线型和支链
型结构。
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型结构
这类塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼
龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等。
这类塑料加工成形简便,具有较高的机械性能,良
好的耐腐蚀性能、耐磨性能、绝缘性能,但耐热性
和刚性比较差。
热固性塑料
热固性塑料初次加热时软化,并有部分熔融,
可塑造成形,但固化后再加热将不再软化,也不
溶于溶剂,不能回收进行重复再加工。
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这类塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯等。
它们具有耐热性高,受压不易变形,抗蠕变性
能强等优点,但机械性能不好,强度较低。
通用塑料
Z应用范围广、生产量大的塑料品种,其产量约占塑料总产量的四
分之三以上。
Z主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等。
工程塑料
Z综合工程性能(包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能
等)良好的各种塑料。
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等)良好的各种塑料。
Z主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。
耐热塑料
Z也称为特种工程塑料,能在较高温度(100 ℃~200 ℃以上)下
工作的各种塑料。
Z常见的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。
6
三、塑料的性能
密度
Z塑料的密度小,一般为0.9~2.3g/cm3,只有
金属材料的1/8~1/4.
减磨和耐磨性
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减磨和耐磨性
Z塑料的减磨和耐磨性远优于金属材料。
Z多数塑料具有自润滑性,不仅摩擦因数低,
而且磨损率低,是制造耐磨件的好材料。
强度
Z塑料的强度、刚度、韧性较低,但塑性较好。
Z由于塑料的密度较低,其比强度较高;
Z抗拉强度,热塑性塑料的抗拉强度一般为50~100MPa,
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热固性塑料的抗拉强度一般为30~60MPa;
Z抗压强度,热塑性塑料的抗压强度一般为5~100MPa,热
固性塑料的抗压强度一般为70~280MPa;
Z疲劳强度,多数热塑性塑料的疲劳强度只有静态抗拉强
度的10~20%。
硬度
Z测试塑料硬度的方法有三种:
布氏硬度,常用于硬质塑料硬度的测定;
洛氏硬度,可用于软塑料到硬塑料的测定;
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邵氏硬度,可用于聚合物和弹性塑料(性能类似于橡
胶的塑料)硬度的测定。
Z在成型工艺上,可通过测定塑料的硬度,估计热固
性塑料的固化程度,因为完全固化的塑料比不完
全固化的塑料硬度要高。
电绝缘性
Z几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能,可与陶瓷媲美。
耐热性
Z塑料的耐热性一般不高;常用的热塑性塑料,如聚乙烯、聚氯乙烯、
尼龙等长期使用温度一般在100oC一下;热固性塑料的耐热性比热塑
性塑料高,热固性塑料酚醛塑料的使用温度可达130~150oC。
Z提高高分子材料的结晶度或用耐热的无机填料增强均可提高塑料的
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提高高分子材料的结晶度或用耐热的无机填料增强均可提高 料的
耐热性。
导热性
Z塑料的导热系数低,仅为金属材料的1/600~1/500,所以塑料是良好
的绝热保温材料。
热膨胀系数
Z塑料的热膨胀系数大,是金属材料的3~10倍。
着色、透明及保护性能
Z塑料几乎可以任意着色;因此具有良好的表现力。
Z多数塑料具有透明和半透明性质;
Z多数塑料具有很小的吸水、透水、透气性能,因而可以将塑料做成
薄膜、箱、桶等包装用品用以保护物品。
质感和光泽度
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Z塑料硬而有适当的弹性和柔度,给人以柔和、温暖、亲切、安全的
触觉质感;
Z塑料不仅具有良好的塑性,可以在表面加工出美丽的纹理图案,而
且可以任意着色,以及进行表面喷漆和电镀,因而塑料可以方便地
模拟出其它材质材料的天然质地美,具有良好的视觉质感。
减震、消音性能
Z塑料是优良的减震消音材料,塑料在受到外界交变载荷时,内部产生
黏性内耗,将机械能转变为热能,起到减震和消音的作用。
耐腐蚀性能
Z一般塑料具有良好的化学稳定性,耐酸、碱、大气等介质的腐蚀。
被誉为塑料王的聚四氟乙烯不仅耐强酸 强碱等强腐蚀剂的侵蚀 而
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Z被誉为塑料王的聚四氟乙烯不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂的侵蚀,而
且在沸腾的王水中也很稳定。
老化
Z塑料在长期储存和使用过程中,由于受到氧气、阳光、热、微生物等
的作用,使其分子链发生断裂或交联,在宏观上表现出发黏、发软、
或失去弹性、变脆、变硬、断裂等,这些现象称为塑料的老化。
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塑料的加工成型性能
Z塑料的成型加工是将其原料加工成固体制品的工艺。
Z多数塑料具有良好的成型工艺性,成型后,一般不需要
进行机械加工,生产效率高。
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Z热塑性塑料和热固性塑料具有不同的成型性质。
适用于热塑性塑料的成型工艺主要有:注射成型、挤压成型、吹
塑成型和压延成型。
适用于热固性塑料的成型工艺主要有:压制成性、浇注成型等
四、塑料的常用的成型方法
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注塑成型
Z注塑成型是将热塑性或热固性塑料原料先在加热筒中均匀塑化,而
后由柱塞或移动螺杆推挤倒闭合模具的型腔中成型的一种方法。
Z使用注塑成型量最多的是,聚乙烯PE,聚氯乙稀PVC,聚丙烯PP,
聚苯乙烯PS,及ABS等
注塑成型的特点
Z注塑成型主要适用于所有的热塑性塑料的成型;
Z注塑成型可以实现自动化连续生产,效率高;
Z适应性强,既可以用于小型产品的生产,又可以用于大
型产品的生产;既可以用于简单产品的成型,也可以用
于复杂产品的成型;
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Z产品尺寸精确,原料损耗少,操作方便;
Z成型的同时可以方便地对塑料产品进行着色,可以得到
良好的视觉质感。
Z注塑成型的不足之处:模具制备成本较高,用于小批量
产品的生产时,不经济。
挤出成型
Z挤出成型,又称挤压模塑或挤塑,它是在挤出机中加热、
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加压,而使物料以流动状态连续通过挤出模成型的方法。
Z挤出成型主要适用于热塑性塑料的成型,如;
聚氯乙稀PVC, ABS,聚乙烯PE,聚碳酸酯PC,聚
苯乙烯PS,聚丙烯酸树脂等。
Z挤出成型广泛用于薄膜、板材、管材及其它及其它具有
复杂断面形状的异型材的生产。
压制成型
Z压制成型适用于热固性塑料的成型,分模压法和层压法;
模压法 是将树脂和其它添加剂混合料置于金属模具中加热加压
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Z模压法,是将树脂和其它添加剂混合料置于金属模具中加热加压,
塑料再热和压力的作用下熔融、流动充满模腔,属置于固化剂发生
交联反应,仅一定时间固化成具有一定形状的制品。
Z层压法,是制备增强塑料的一种方法,是将纸张、棉布、玻璃纤维
布等片状材料在树脂中浸渍,然后一张一张叠放成所需要的厚度,
放于层压机上加热加压,经一定时间后,树脂固化,相互黏结成型。
Z压制成型生产效率低,多位形状简单、类似盘碟的敞口产品。
吹塑成型
Z吹速成型是先用挤出成型法将熔融塑料挤成管状塑料,
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Z吹速成型是先用挤出成型法将熔融塑料挤成管状塑料,
在管状塑料还处于软化状态,即冷却硬化前,放入模具
内,向该管内吹入压缩空气将其吹胀,使之贴在模具腔
内壁,经冷却,硬化成中空产品的工艺过程。
Z主要适用于热塑性塑料产品的成型。
Z可以成型薄壁中空的产品。如,圆管状塑料薄膜。
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其它成型方法
热成型
Z是一种将热塑性塑料的片材加热软化,加工使其成为所需形状的加
工工艺过程。
压延成型
Z适用于薄膜、片材的生产。如聚氯乙烯薄膜。
浇注成型
Z是将加有固化剂和其它助剂的液态树脂混合物浇注到模具型腔内
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Z是将加有固化剂和其它助剂的液态树脂混合物浇注到模具型腔内,
在常温或加热条件下使其固化而成为一定形状产品的成型方法。
Z适用于热塑性、热固性塑料的成型。
搪塑成型
五、塑料的二次加工
一)塑料零件的机械加工
Z对塑料进行机械加工的理由
塑料零件需求量少,用模具加工成本太高;
成型出来的零件经常需要进行小量的修整;
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有些零件必须采用机械加工。
Z用
标准
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的高速工具钢可以很容易地对塑料工件进行加工,
硬质合金刚刀具则被推荐用于进行长时间加工,特别适
用于玻璃纤维增强的树脂。
Z常用的机械加工方式:
锯、钻、车、镗、铣、攻螺纹、铰孔
二)塑料的连接
Z塑料常用的连接方法有机械连接、热熔连接(又称焊接)
和化学黏结。
Z机械连接的主要方式是铆接、螺纹连接和扣位连接。
Z焊接,
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是对塑料制品被粘结处进行加热使之熔化,然后叠合并施加足
够压力,待冷却凝固后两个制品就连接成一体。
适用于热塑性塑料的连接,不适用于易燃塑料,如氟塑料和聚
酰亚胺塑料,以及热固性塑料。
加热方式主要有,热风加热和摩擦加热。
化学黏结
Z胶黏剂粘结可分为黏结剂粘结和溶剂连
接两种。
Z黏结剂粘结,
是在两个被粘结的塑料表面涂以适当的胶黏
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是在两个被粘结的塑料表面涂以适当的胶黏
剂,形成一层胶层,靠胶层的粘结作用将两
个塑料零件粘结在一起。
注意黏结剂的硬化温度不能超过塑料的热变
形温度。
溶剂粘结
Z是借助溶剂的作用将两个塑料零件粘结成一体的连
接方式。
Z具体过程:在两个被粘结的塑料表面涂以适当的溶
剂,使该表面溶胀、软化,再加上适当的压力使粘
结面贴紧,待溶剂挥发后两个塑料件连接在一起。
Z某些化学稳定性好的塑料和不溶的热固性塑料不易
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Z某些化学稳定性好的塑料和不溶的热固性塑料不易
用此法连接。
Z利用溶剂粘结时,还要注意通风,以保证环保和人
身安全。
溶剂粘结和黏结剂粘结均需对预连接的表面进
行清洁处理;
塑料件连接
焊接 机械方式连接化学黏结
黏结剂粘结 溶剂粘结 摩擦焊 热焊
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超声波
旋转熔焊
振动焊
热板焊
感应热焊
铆焊、型锻焊
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三)塑料的表面装饰
Z塑料的表面装饰可分为两类:
一类是着色和纹理等成型时可以实现的装饰,又称一次装饰;
二是涂饰、印刷、热烫印及电镀等成型后进行的二次加工装饰。
着色,大部分树脂,无论是透明还是不透明的,都
可以通过在注塑过程中添加色料进行着色。
49
Z塑料着色的主要作用:
改善材料的视觉质感,这是着色的主要功能;
遮断紫外线,防止塑料的老化;
Z塑料着色的优缺点:
优点是,不会产生像表面涂饰一样的表面颜色剥离现象;
由于整体着色,相对涂饰来讲成本较高;
在阳光照射下,褪色较快等。
贴花
Z贴花是将已经印刷好图案的贴花膜贴附于产品表面,从而
对产品表面进行装饰的一种方法。
Z贴花膜是一块规格确定的透明塑料薄膜,薄膜上印有彩色
的装饰图案,后面有压敏胶并覆盖有一层保护膜。当除去
保护膜后 贴花膜就可以很容易地印在塑料件表面
50
保护膜后,贴花膜就可以很容易地印在塑料件表面。
热烫印
Z热烫印是利用压力与热量熔融在压模上涂附黏结剂,同时
将蒸镀在压模上的金属膜转印到产品上。
Z主要用于商品商标及商品名称的印制。
涂饰
Z涂饰和镀覆是塑料表面处理的主要方法。
Z适用于注塑件的涂料主要有,醇酸树脂涂料、氨基树脂
涂料、聚酯涂料、丙烯酸涂料和环氧树脂涂料等。
Z涂饰的主要功能:
51
Z涂饰的主要功能:
给产品一个特殊的外观表面;
提高产品对气候的适应性和抗化学腐蚀性能;
减小大部分塑料处于紫外线或荧光照射下颜料的降解程度;
金属涂料可以提高导电性能,可以防止射频干扰和电磁干扰。
电镀
Z由于塑料是电的不良导体,因此在电镀前需要对塑料表
面进行预处理,使其具有导电性。预处理的方法主要有:
化学湿法镀,利用化学反应在产品上沉积铜或银等导电膜;
在塑料表面渗入金属粉或石墨形成导电层。
Z塑料表面电镀或化学镀可以改变塑料的某些特性,如
52
可以使塑料具有导电性,防止射频干扰和电磁干扰;
提高表面硬度和耐磨性;
提高抗老化性能;
提高防潮性能;
使制品具有金属光泽;
六、常用塑料简介
热塑性塑料
Z聚乙烯(Polyethylene, PE)
Z聚丙烯塑料(Polypropylene, PP)
Z聚苯乙烯(Polystyrene, PS)
Z聚氯乙稀(Polyvinylchloride, PVC)
53
Z聚甲基丙烯酸甲酯塑料(PMMA)
ZABS塑料(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)
Z聚四氟乙烯(F-4)
热固性塑料
Z酚醛塑料(PF)
Z氨基塑料(UF)
Z环氧塑料(EF)
聚乙烯 PE
分子结构式:[ CH2-CH2 ]n
属热塑性塑料,从良好的透明度到不透明;无毒、无味、密度小,手感
好;具有良好的化学稳定性、耐寒性和电绝缘性;易加工成型,但耐热
性耐老化性较差,不易粘结和印刷。
高密度聚乙烯又称低压聚乙烯,
54
高密度聚乙烯又称低压聚乙烯,
Z 分子量较大,结晶度较高,质地坚硬,耐磨性和耐热性好,机械强度较高。
低密度聚乙烯有成高压聚乙烯
Z 分子量较小,结晶率低,质地柔软,弹性、透明度好,软化点少低。
适用于注塑、吹塑、挤出等各种成型方法,广泛用于农业、电子、机械、
包装、日用杂品的生产。
10
聚丙烯塑料 PP
性能
PP属热塑性塑料;质轻(0.90g/cm3),无毒、无味;
强度适中;半透明或奶白色,有极好的着色性能;良
好的热平衡性,化学稳定性和电绝缘性能;耐热性能
55
好的热平衡性,化学稳定性和电绝缘性能;耐热性能
比PE好,有限的隔热性能,在温度上限138oC可连续
使用;抗化学侵蚀和抗污染性能;在有机盐溶液、矿
务酸、碱溶液中不受影响;在氧化环境或紫外线照射
下易老化。
广泛用作食品用具,以及包装材料。
聚苯乙烯塑料 PS
性能
聚苯乙烯是一种支链型高分子化合物,非结晶结构,
属于热塑性塑料;无色透明,极好的着色性能;无毒、
无味、密度小;耐水、耐光、耐化学腐蚀性能好;电
56
无味、密度小;耐水、耐光、耐化学腐蚀性能好;电
绝缘性能和低吸湿性优良;易于加工成型;耐热性较
差,一般不超过80oC;导热系数小,隔热性能良好,
可作良好的冷冻绝热材料。
主要用于餐具、包装容器、日用器皿、汽车灯罩及
各种模型材料。
聚氯乙烯 PVC
聚氯乙稀树脂为白色粉末状,其性能与聚合物的组成、聚合
度、制造工艺及加工方法等有密切关系。
性能
Z PVC 属于热塑性塑料;
57
Z具有良好的电绝缘性和耐化学腐蚀性能;
Z热稳定性较差,分解时放出氯化氢,因此成型时需要加入稳定剂;
Z耐酸、耐水、能耐多种溶剂,无毒、难燃。
硬质PVC机械强度高,用于生产结构件。软质PVC质地柔软,
用于生产薄膜、人造革、壁纸、软管和电线套等。
聚甲基丙烯酸甲酯塑料(PMMA)
性能
Z为线型非晶态结构,热塑性塑料。
Z是目前透明性最好的高分子材料,俗称有机玻璃,密度仅为无机玻璃
的一半,约为1.18g/cm3;
Z力学性能高,抗拉强度为60~70MPa;冲击韧性为12~13kJ/m2,不
一破碎。
58
Z耐紫外线和防大气老化,抗稀酸、稀碱、等的腐蚀;
Z易于加工成型。
Z硬度不高,耐磨性差;易溶于有机溶剂;
Z导热性差,热膨胀系数大,易于在其表面或内部产生微裂纹,脆性增
加。
有机玻璃广泛用于航空、汽车、仪表、光学等部门,可用作
座舱盖、风挡、电视和雷达的屏幕,光学元件、透镜、仪表
设备的防护罩。
ABS塑料(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)
ABS塑料是苯乙烯、丁二烯、丙稀腈三组元的共聚物,其中A代表丙稀
腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。
丙稀腈使其具有良好的耐化学腐蚀性能和一定的表面硬度,丁二烯使其
呈现有橡胶状的韧性,苯乙烯使其具有热塑性塑料的良好加工性能和染
色性。
性能
Z ABS是一种综合性能十分良好的树脂,具有韧性大、刚度大、表面硬度较高
59
是 种综合性能十分良好的树脂 具有韧性大 刚度大 表面硬度较高
的综合特性。
Z 热变形温度高,尺寸稳定性好;
Z 具有良好的耐磨性能、电绝缘性能和低的吸水性能。
Z 具有良好的成型加工性能 、涂装性能和染色性能。
Z ABS还具有良好的配混性,即可与多种树脂混合成共混物,使其具有新的性
能和新的应用领域。
ABS塑料在机械工业中可以制造齿轮,轴承,把手、管道等,可用于汽
车转向盘,手柄等的制造。
聚四氟乙烯(F-4)
聚四氟乙烯是一种热塑性的特种工程塑料;
性能
Z具有突出的耐热和耐寒性,可在-180oC~260oC的范围内
长期使用;
耐腐蚀性极好 任何酸 碱及氧化剂 包括王水对它都
60
Z耐腐蚀性极好,任何酸、碱及氧化剂,包括王水对它都
不起作用,故俗称塑料王。
Z具有优良的减磨和自润滑性能;
Z吸水性极小,电绝缘性能优良。
Z缺点是,强度低、刚性差;成型性能不好。
主要用于制造化工耐蚀零件,减磨零件,密封零件,
绝缘零件等
11
热固性塑料——酚醛塑料(PF)
由酚类和醛类经缩聚反应而制得的树脂称为酚醛树脂。常用
的酚醛树脂是由苯酚和甲醛为原料经缩聚而制成的。根据不
同的性能要求,加入各种填料便制成了各种酚醛塑料。
以木粉为填料制成的酚醛压塑粉,俗称胶木粉,是常见的热
固性塑料 通过对胶木粉加压加热而制成的电器开关 插座
61
固性塑料。通过对胶木粉加压加热而制成的电器开关、插座、
灯头座等不仅具有良好的绝缘性,而且具有较高的硬度刚度
和一定的强度。
加聚反应,是由单体相加而连成大分子链的化学反应。产物中链节的话削组成结
构核弹体的话削组成结构相同。
缩聚反应,是指具有两个或两个以上活泼官能团的低分子化合物单体相互聚合,
在生成高聚物的同时,还析出某些低分子化合物(如,水/氨/卤化物/醇或酚等)
的化学反应。缩聚反应所生成的高聚物称为缩聚物。
氨基塑料是以氨基化合物(如尿素等)与醛类化合
物(主要是甲醛)经缩聚反应制成氨基树脂,然后
加入添加剂制成氨基塑料。
热固性塑料——氨基塑料(UF)
62
氨基塑料中的脲醛塑料最常用。该塑料具有良好的
电绝缘性,其表面硬度高,颜色鲜艳,有光泽,俗
称“电玉”。
常见制品有仪表开关,电话机外壳,插座等。
热固性塑料——环氧塑料(EF)
环氧塑料是由环氧树脂加入固化剂(胺类
和酸酐类)后形成的热固性塑料。
强度较高,韧性交好,并具有良好的化学
63
稳定性、绝缘性,以及耐热、耐寒性,长
期使用温度为-80~155oC.
4.3 橡胶
橡胶是指使用温度范围处于高弹
态的高分子材料。
橡胶具有良好的伸缩性,储能能
力和耐磨、隔音、绝缘等性能,
64
因而广泛制作轮胎、密封件,减
震件,防震件,传动件,运输胶
带,电线电缆和电工绝缘材料等,
在国民经济中起着其它材料所不
能替代的作用。
一、橡胶的组成
橡胶是以生胶为基础加入适量的配合剂而成的,
生胶可分为天然橡胶和合成橡胶。
天然橡胶与合成橡胶
Z天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳 经加工制成的固
65
Z天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳,经加工制成的固
态生胶。其主要成分是聚异戊二烯高分子化合物。
Z合成橡胶则是通过化学合成方法,制成与天然橡胶
性质相似的高分子化合物。
Z橡胶制品的性质主要取决于生胶的性质。
橡胶配合剂
Z橡胶配合剂是为了改善生胶的的性能而加入的物质,有
硫化剂、填充剂、软化剂、防老化剂和发泡剂等。
Z硫化剂的作用是使生胶分子在硫化处理中产生适度胶链
而形成网状结构,从而大大提高橡胶的强度、耐磨性和
刚度,使橡胶具有既不溶解,也不熔融的性质,克服了
橡胶因温度上升而变软发黏的缺点
66
橡胶因温度上升而变软发黏的缺点。
Z天然橡胶径流化处理后,抗拉强度达17~29MPa,用碳黑
处理后,强度达35MPa。
Z橡胶易老化,在使用和存储过程中会出现变色、发黏、
发脆、龟裂,以及弹性和强度等变差的老化现象。为了
防止老化,可加入抗老化剂。
12
二、橡胶的分类
橡胶分类
Z按生胶的来源可分为:
天然橡胶和合成橡胶
Z按应用范围分类可分为:
67
通用橡胶和特种橡胶
通用橡胶包括
Z天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶和顺丁橡胶。
特种橡胶包括
Z丁腈橡胶、硅橡胶和氟橡胶
天然橡胶
Z生胶为橡胶树流出来的胶乳;
Z天然橡胶的特性
通用橡胶
68
Z天然橡胶的特性
弹性好,经硫化处理后,有较好的强度和硬度,同
时又具有优良的电绝缘性;
具有较好的耐碱性,但耐油性、耐熔剂性和耐臭氧
老化性较差,不耐高温,使用温度为-70~110oC。
广泛地用于制造轮胎、胶带、胶管等通用产品。
丁苯橡胶(SBR)
Z丁苯橡胶是异丁二烯和苯乙烯为单体形成的共聚物。
Z丁苯橡胶具有良好的耐磨性能、耐热性能、和耐老化
性能。随苯乙烯相对比例的增加,丁苯橡胶的耐磨性
和硬度增加,而弹性降低。
69
Z成型困难,硫化速度慢,制成轮胎时,发热量大,弹
性差。
Z丁苯橡胶可与天然橡胶以任意比例混合相互取长补短,
这使得丁苯橡胶成为应用量最大得一种合成橡胶。
Z常用于制造轮胎、胶板、胶管、胶布等通用产品。
氯丁橡胶(CR)
Z氯丁橡胶是氯丁二烯单体的聚合物。其分子链上有侧基Cl,
C-Cl键具有较大极性,增强了分子间的结合力。
Z优点:氯丁橡胶具有耐油、耐溶剂、耐氧化、耐碱、耐
热、耐燃烧、透气性好等优良性能。
70
Z缺点:密度大,成本高;低温下易结晶,耐寒性差。
Z用于制备输送油类、腐蚀性物质的胶管;制造不易燃的
地下采矿用橡胶制品,如,运输带、胶管等;制造抗大
气氧化的电线电缆包皮;制造高强度长寿命的输送带等。
顺丁橡胶( BR)
Z顺丁橡胶是顺式-聚丁二烯橡胶的简称,是目前橡胶中弹
性最好的一种。
Z顺丁橡胶分子链有高的柔顺性,好的耐扰曲性,故受力时
克服分子内摩擦所产生的滞后损失较小。因此,在相同的
使用情况下,顺丁橡胶的制品升温较低,耐老化性能较好。
Z顺丁橡胶耐寒性很好,是通用橡胶中耐低温性能最好的一
71
种,其玻璃化温度为-105oC, 而天然橡胶为-73oC。
Z具有优良的耐磨性,耐磨性比丁苯橡胶高26%。
Z缺点:加工性能欠佳,黏性较差,冷流动性较大。因此顺
丁橡胶常与丁苯橡胶并用,以改善其加工性能。
Z顺丁橡胶产量仅次于丁苯橡胶,位居第二。主要用于制造
胶带、胶管、减震材料,电绝缘制品,体育用品及胶鞋等。
丁腈橡胶
Z丁腈橡胶是丁二烯和丙稀腈共聚而成,其中丁二烯为主
要单体,丙稀腈为辅助单体。
Z丁腈橡胶的耐油性和耐水性突出,并随丙稀腈的含量增
特种橡胶
72
加而提高。当丙稀腈含量低于7%,则不耐油;而高于60
%,则变硬而失去弹性。因此丙稀腈的含量一般在15
%~50%。
Z主要用途是作耐油和吸振零件,如,油箱、油罐衬、耐
油胶管,耐油输送带、密封垫圈、及耐油减振品等。
13
硅橡胶
Z硅橡胶的独特性能是耐高温和低温,使用温度范围宽,
为:-70oC~300oC.
Z硅橡胶分子结构中的主链由Si-O键构成,具有最好的柔
顺性,因而低温下也具有良好的弹性;又由于Si-O键结
合能远大与C-C键,因此具有很高的热稳定性。
73
Z具有良好的耐臭氧性、耐老化和电绝缘性。
Z缺点:力学性能较低,耐油性差,成本高。
Z主要用于制造各种耐高低温的橡胶制品,如,管道接头、
高温设备的的垫圈、衬垫、密封件及高压电线电缆的绝
缘层等。
氟橡胶
Z氟橡胶是以碳原子为主链,含有氟原子的高聚物。
Z氟橡胶的独特性能是极强的耐腐蚀性能,其耐酸、
耐碱及耐强氧化剂腐蚀的能力高于其它橡胶。
74
Z耐热性也较好,接近硅橡胶。
Z缺点:成本高,耐寒性差,加工性能差。
Z主要用于制造耐化学腐蚀的制品件、高级密封件和
高真空橡胶件等。
4.4 合成纤维
合成纤维是以石油、天然气、煤和石灰石等为原料,
经过提炼和化学反应合成高分子化合物,再经过熔
融或溶解后纺丝制得的纤维。
75
具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱性好、
不霉烂、不怕虫蛀等特点。
除用作衣料等生活用品外,还用于汽车、飞机轮胎
帘子线、渔网、索桥、船缆、降落伞及绝缘布等。
一、合成纤维的生产方法
合成纤维的制取工艺包括单体制备和聚合、纺丝,
以及后加工三个基本环节。
一)单体制备和聚合
利用石油、天然气、煤和石灰石等为原料,经
76
分馏、裂化和分离得到有机低分子化合物,如苯、
乙烯、丙烯、苯酚等作为单体,在一定温度、压力
和催化剂作用下,聚合而成的高聚物,即为合成纤
维的材料,又称成纤高聚物。
二)纺丝
将成纤高聚物的熔体或浓溶液, 用纺丝泵(或称计
量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细
孔中挤出,而成为液态细流,再在空气、水或特定的
凝固溶中固化成为初生纤维的过程称作“纤维成形”,
或称“纺丝”,这是合成纤维生产过程中的主要工序。
77
三)后加工
纺丝成形后得到的初生纤维其结构还不完善,物
理机械性能较差,如强度低、尺寸稳定性差,还不能
直接用于纺织加工,必须经过一系列的后加工。后加
工随合成纤维品种、纺丝方法和产品要求而异,其中
主要的工序是拉伸和热定型。
二、常用合成纤维
合成纤维主要有涤纶、锦纶、腈纶、
维纶、丙纶和氯纶,通称为六大纶。
其中最主要的是涤纶、锦纶和腈纶
78
三个品种,它们的产品占合成纤维
总产量的90%以上。
下面简要介绍这六种合成纤维的主
要特性和用途。
14
涤纶
化学名称为聚酯纤维,商品名称为涤纶或的确良,由对苯二甲酸乙
二酯抽丝制成。
涤纶的主要特点是弹性好,弹性模量大,不易变形,强度高,抗冲
击性能高,耐磨性好,耐光性、化学稳定性和电绝缘性也较好,不
涤纶纤维
79
击性能高,耐磨性好,耐光性、化学稳定性和电绝缘性也较好,不
发霉,不虫蛀。
现在除大量地用作纺织品材料外,工业上广泛地用于运输带、传动
带、帆布、渔网、绳索、轮胎帘子线及电器绝缘材料等。
涤纶的缺点是吸水性差、染色性差、不透气、织物穿着感到不舒服、
摩擦易起静电,容易把脏物吸附,不宜暴晒。
锦 纶
化学名称为聚酰胺纤维,商品名称为锦纶或尼龙。由聚酰胺
树脂抽丝制成,主要品种有锦纶6、锦纶66和锦纶1010等。
尼龙绳
80
锦纶的特点是质轻、强度高、弹性和耐磨性好、良好的耐碱
性和电绝缘性,但耐酸、耐热、耐光性能较差。
主要缺点是弹性模量低,容易变形,缺乏刚性。
锦纶纤维多用于轮胎帘子线、降落伞、宇航飞行服、渔网、
针织内衣、尼龙袜、手套等工农业及日常生活用品。
腈 纶
化学名称为聚丙烯腈纤维,商品名称为腈纶或奥纶。它是丙
烯腈的聚合物-聚丙烯腈树脂经湿纺或干纺制成。
腈纶质轻,密度为1.14 g/cm3~1.17 g/cm3。柔软,保暖性
腈纶毛衣
81
好,犹如羊毛。腈纶不发霉,不虫蛀, 弹性好, 吸湿小,耐光
性能特别好。多
数用来制造毛线和膨体纱及室外用的帐蓬、幕布、船帆等织
物,还可与羊毛混纺,织成各种衣料。
腈纶的缺点是耐磨性差,弹性不如羊毛,摩擦后容易在表面
产生许多小球,不易脱落,且因摩擦、静电积聚小球容易吸
收尘士使织物弄脏。
维 纶
化学名称为聚乙烯醇纤维,商品名称为维尼纶或维纶。由
聚乙烯醇树脂经混纺制成。
维纶的最大特点是吸湿性好,具有较高的强度,耐磨性、
耐酸、碱腐蚀均较好,耐日晒、不发霉、不虫蛀,其纺织
82
耐酸、碱腐蚀均较好,耐日晒、不发霉、不虫蛀,其纺织
品柔软保暖,结实耐磨,穿着时没有闷气感觉,是一种很
好的衣着原料。
主要用作帆布、包装材料、输送带、背包、床单和窗帘等。
丙 纶
化学名称为聚丙烯纤维,商品名称为丙纶。由丙烯的聚合物
-聚丙烯制成。
丙纶的特点是质轻强度大 相对密度只有0 91 g/cm3 比腈
丙纶纤维
83
丙纶的特点是质轻强度大,相对密度只有0.91 g/cm3。比腈
纶还轻,能浮在水面上,故是渔网的理想材料,也是军用蚊
帐的好材料。丙纶耐磨性优良,吸湿性很小,还能耐酸、碱
腐蚀。用丙纶制的织物,易洗快干,经久耐用,故用于衣料、
毛毯、地毯、工作服外,还包作包装薄膜、降落伞、医用纱
布和手术衣等。
氯 纶
化学名称为聚氯乙烯纤维,商品名称为氯轮。由聚氯乙烯树
脂制成。
这种纤维的特点是保暖性好,遇火不易燃烧,化学稳定性好,
能耐强酸和强碱 弹性、耐磨性、耐水性和电绝缘性均很好,
84
能耐强酸和强碱, 弹性、耐磨性、耐水性和电绝缘性均很好,
并能耐日光照射,不霉烂,不虫蛀。故常用作化工防腐和防
火衣着的用品,以及绝缘布、窗帘、地毯、渔网、绳索等。
又因氯轮的保暖性好,静电作用强,做成贴身内衣。氯纶的
缺点是耐热性差。